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基于MCS_51單片機技術以太網接口設計說明.doc

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?目 錄摘 要 1第1章 緒論 21.1嵌入式系統 21.2課題研究的意義 21.3 整體方案設計 21.4課題最終實現目的 3第2章 TCP/IP協議(棧)簡介 42.1 TCP/IP協議的分層結構 42.2 TCP/IP協議的封裝和分用 52.2.1 什么是封裝 52.2.2 什么是分用 52.2.3 以太網幀格式 62.3 TCP/IP的子協議 82.3.1 ARP協議 82.3.2 IP協議 102.3.3 ICMP網際控制報文協議 122.3.5 應用層協議(HTTP協議) 16第3章 硬件實現 173.1 物理層接口實現 173.1.1 RTL8019AS簡介[6] 173.1.2 RTL8019AS的部結構 193.1.3 RTL8019AS部寄存器簡介 193.1.4與系統配置和運行有關的寄存器 203.1.5 與DMA有關的寄存器 223.2硬件設計 243.2.1硬件接口框圖 243.2.2 主要器件 24第4章 軟件實現 264.1 RTL8019AS驅動程序設計 264.1.1 RTL8019AS的初始化 264.1.2報文的發送 274.1.3 報文的接收 294.2 TCP/IP協議棧的實現 304.2.1 地址解析協議ARP的是實現 304.2.2 網絡層IP協議的實現 324.2.2.1 IP包處理 324.2.3 差錯控制報文ICMP的實現 354.2.4 傳輸控制協議TCP的實現 374.2.5 應用層(HTTP協議)的實現 414.3 輕量級TCP/IP協議棧uIP的嵌入 414.3.1 uIP架構 424.3.2 uIP在MCS-51單片機上的調試 44結 論 49致 50參 考 文 獻 51基于MCS-51單片機技術以太網接口設計摘 要現實生活中,許多的嵌入式系統設備已被廣泛地應用,由于當前硬件設計的 問題,未嵌入網絡連接模塊,使得這些嵌入式系統在使用上受到限制,而添置新設備又需要很高的成本。本文設計的網絡接入模塊解決了嵌入式設備與以太網絡的連接問題,在不改變嵌入式設備本身結構的情況下,用戶終端可以通過這個模塊將現有的各種串口設備快速方便地接入網絡,從而實現儀器的遠程控制、遠程數據終端的數據通信等功能。本設計利用8位單片機AT89C52提供的系統資源和處理能力,加上ISA接口的10 Mb/s網卡芯片RTL8019AS,通過編寫一套精簡的協議棧,并實現可靠的數據通信,從而達到低成本、可靠連接網絡的目的。關鍵詞:以太網,單片機,RTL8019AS,AT89C52第1章 緒論1.1嵌入式系統嵌入式系統是指嵌入式計算機及其應用系統,是指嵌入于各種設備及應用產品部的計算機系統,它主要完成信號控制的功能,體積小,結構緊湊,可作為一個部件埋藏于所控制的裝置中,它提供用戶接口、管理有關信息的輸入輸出、監控設備工作,使設備及應用系統有較高的智能和性價比。嵌入式系統由嵌入式硬件與嵌入式軟件組成,硬件以芯片、模板、組件、控制器形式埋藏于設備部,軟件是實時多任務操作系統和各種專用軟件,一般固化在ROM或閃存中。軟硬件可裁剪,適用于對功能、體積、成本、可靠性、功耗有嚴格要求的計算機系統中。嵌入式計算機系統,最早出現在60年代的武器控制中,后來用于軍事指揮控制和通信系統,現在廣泛應用于民用機電一體化產品中。1.2課題研究的意義隨著Internet技術的普及,信息共享的程度越來越提高。TCP/IP協議棧使得嵌入式系統可以通過Internet將通信距離無限擴展。以太網使得大量數據的快速傳輸成為可能。這樣,除了可以充分利用PC機上各種資源,完成數據的存儲、分析、統計工作外,還可以實現測控系統間的數據交換,對于智能化、模塊化的嵌入式設備集群的實現提供了另一種途徑。PPP協議可以通過調制解調器實現遠程的數據交換、狀態控制等功能,為嵌入式系統提供了更為靈活的控制、監測方式。因此,基于單片機的嵌入式系統如何控制以太網網卡控制器進行數據傳輸,如何嵌入TCP/IP協議連接到互聯網,這些都具有深遠的意義[2]。1.3 整體方案設計方案的主要任務是采用單片機控制網絡接口芯片實現以太網接口,以便宜控制系統通過以太網實現網絡化。在本文中最重要的是嵌入式TCP/IP協議在8位單片機上的實現,從而達到了實現嵌入式以太網接口的目的。嵌入式以太網的實質是在嵌入式系統的基礎上實現網絡化,使嵌入式系統能夠實現TCP/ IP網絡通信協議,接入以太網。將嵌入式系統與TCP/IP協議融合到一起主要有兩種方法:一種是采用帶有以太網接口的嵌入式處理器,即使用已有的TCP/IP芯片直接作為以太網口。這種方法的優點是可靠性高,執行速度快,但往往硬件電路復雜、價格昂貴、硬件成本高。另一種是采用嵌入式處理器+網卡芯片,即將TCP/IP協議以軟件方式嵌入到嵌入式系統的ROM中。一般來說,TCP/IP協議棧比較龐大,在嵌入式系統中很難支完整的TCP/IP協議,因此要根據嵌入式網絡產品的特點,精簡TCP/IP協議,實現與需要相關的部分,大幅度減少對于系統資源的需求。本設計采用了第二種方式,使用通用高性能做51系統MCU,成本低、技術成熟,軟硬件開發周期都很短,并且設計方案靈活多變,可適用于不同的對象。1.4課題最終實現目的本課題主要實現將TCP/IP協議嵌入 8位單片機中,單片機上網研究最多的一種方案就是用單片機驅動ISA總線網卡或者是驅動基于ISA總線的以太網(局域網組網規) 控制芯片,考慮到在實際的網絡應用中以太網在局域網中占有主導地位,本文采用后者。單片機上網的困難在于TCP/IP協議是一組龐大的協議集,而8位單片機自身資源有限,其存儲容量、運行速度和總線寬度等不能像PC機那樣通過標準的硬件和軟件接口實現TCP/IP。本文將介紹利用Atmel公司的51單片機芯片AT89C52,它能夠滿足需求,而且極為常用,價格便宜,易于獲取。網卡芯片采用Realtek公司生產的10Mbps ISA總線的以太網控制芯片RTL8019AS,嵌入T CP協議以實現單片機上網。第2章 TCP/IP協議(棧)簡介2.1 TCP/IP協議的分層結構TCP協議和IP協議是使計算機能相互通信的一組協議中的兩個重要協議,通常就用TCP/IP來代表這一組協議。該協議是用于通信的一個規則或標準,由計算機傳送數據時使用,保證Internet上數據的準確快速傳輸。本文采用TCP/IP的一種簡化的四層模型,分別為:應用層、傳輸層、網絡層、鏈路層。如表2.1所示。表2.1 TCP/IP協議的分層結構層主要協議應用層FTP 、TELNET、 SMTP、 SNTP、 HTTP傳輸層TCP、UDP網絡層IP、ARP、RARP、IGMP、ICMP鏈路層接口層協議鏈路層:有時也稱作數據鏈路層或網絡接口層,定義計算機怎樣連接網絡,數據必須通過對網絡的連接。省略部分。mall TCP/IP Implementation for 8 and 16 bit Microcontrollers. .dunkels..[15]單片機控制ISA網卡. .laogu..[16]譚浩強. C程序設計[M]. 清華大學. 2002(2)附錄:硬件電路圖圖(A)為本系統單片機部分原理圖;(B)為以太網控制器RTL8019AS部分的電路原理圖;(C)為本系統的狀態指示、9436配置、隔離低通濾波和RJ-45接口部分的原理圖。 圖(A)以太網接口單片機部分原理圖         圖(B)以太網控制芯片RTL8019AS部分原理圖      圖(C)以太網接口電路狀態指示燈、9346配置、隔離低通濾波和RJ-45接口原理圖袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈
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技術 51 單片機 以太網 mcs 接口 基于 設計說明
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